用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜制造技术

本发明专利技术公开了一种用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜，包括：FPCB结构，FPCB结构包括中间座和设置在中间座上的两个扭转梁；镜面，镜面安装在中间座的上方；两个永磁盘，两个永磁盘安装在中间座的下方；两个电磁铁，两个电磁铁位于对应永磁盘的下方；一个电磁铁与一个永磁盘之间产生吸力，另一个电磁铁与另一个永磁盘之间产生斥力，通过吸力和斥力旋转镜面。本发明专利技术在FPCB结构下面布置两个移动永磁盘和两个外置电磁铁，因此这种形式在FPCB结构旁边不需要额外的永磁铁，能够减少在镜面外的整体宽度；本发明专利技术的FPCB结构上无移动线圈，不产生洛伦兹力；因此，扭转梁可有纯聚酰亚胺制作，以获得更大的最大旋转角。

External electromagnet flexible printed circuit board micro mirror for large angle laser scanning

【技术实现步骤摘要】
用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜
本专利技术涉及微镜
，具体涉及一种用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜。
技术介绍
由于小尺寸，高集成度，高可靠性和低成本，微机电系统微镜已经在显示器，光学开关和医疗设备上广泛并成功的应用。激光扫描仪是微镜一个主要应用之一，即条形码读取，光探测和测距(激光雷达)，结构光深度传感和生物成像等。根据镜面的制作方法和孔径大小，微机电系统微镜可分为两种类型。第一种类型是镜面和执行机构作为一体，孔径通常小于1mm和平面度的曲率半径通常小于1m。第二种类型是在高平面度(曲率半径大于10m)下实现大孔径(数毫米)，并且镜面和执行机构分别制作，之后固定在一起。大多像激光雕刻和激光雷达等激光扫描设备，孔径大(如1mm～几毫米)和平面度高，可适应较高的激光功率或较低的激光功率密度，并能获得较好的准直效果。然而，第二种类型需要将镜面粘贴到运动和易碎的微执行机构，由于硅柔性结构的低应变极限，粘贴非常困难，且导致成键率低。为了克服这个问题，本专利技术作者在之前的专利2019105734076中提出并设计了FPCB微镜，将镜面固定在FPCB结构上。FPCB结构的柔性部件是聚酰亚胺和铜薄膜层，它比硅具有较高的应变极限。因此，粘贴过程变得容易并有高成键率。除此之外，由于高应变极限，大旋转角也能实现。这些FPCB微镜与第二种微机电系统微镜具有共同的优点：即大孔径和高平面度。FPCB微镜采用两种驱动方法，即静电和带移动线圈加外置永磁铁产生的磁力。但是，对于上述的FPCB磁力微镜具有两个局限，即：1)由于FPCB结构旁边固定两个外置永磁铁，在镜面外需要大量额外空间(宽度)，远大于在4mm×4mm镜孔径外的14.7mm(宽)×6mm(沿轴向的长度)；2)即使最大旋转角也高于第二种类型的传统硅微机电系统微镜，如果FPCB梁由纯聚酰亚胺代替聚酰亚胺和铜薄膜制作，由于铜薄膜与聚酰亚胺相比具有更低的应变极限，旋转角将进一步增加。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供一种用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜。本专利技术公开了一种用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜，包括：FPCB结构，所述FPCB结构包括中间座和设置在所述中间座上的两个扭转梁；镜面，所述镜面安装在所述中间座的上方；两个永磁盘，两个所述永磁盘安装在所述中间座的下方；两个电磁铁，两个所述电磁铁位于对应所述永磁盘的下方；一个所述电磁铁与一个所述永磁盘之间产生吸力，另一个所述电磁铁与另一个所述永磁盘之间产生斥力，通过所述吸力和斥力旋转所述镜面。作为本专利技术的进一步改进，所述FPCB结构的基板材料为聚酰亚胺，两个所述扭转梁同轴设置。作为本专利技术的进一步改进，两个所述扭转梁的两端通过夹紧板固定在机械支架上。作为本专利技术的进一步改进，所述夹紧板为FR4夹紧板。作为本专利技术的进一步改进，所述中间座为椭圆中间座，两个所述扭转梁连接在所述中间座的短轴两端，两个所述永磁盘安装在所述中间座的长轴两端。作为本专利技术的进一步改进，所述中间座的长轴两端处设有圆形部件，所述永磁盘安装在所述圆形部件的下方。作为本专利技术的进一步改进，两个所述永磁盘的中心距与两个所述电磁铁的中心距相等。作为本专利技术的进一步改进，所述镜面粘接在所述中间座上。作为本专利技术的进一步改进，通过切割涂有金属膜的硅晶片制造孔径为1～10mm、曲率半径≥10m的所述镜面。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术采用在FPCB结构下面布置两个移动永磁盘和两个外置电磁铁，因此这种形式在FPCB结构旁边不需要额外的永磁铁，能够减少在镜面外的整体宽度；本专利技术的FPCB结构上无移动线圈，不产生洛伦兹力；因此，扭转梁可有纯聚酰亚胺制作，以获得更大的最大旋转角；与检流计扫描仪和旋转多边形镜相比，本专利技术提出的FPCB微镜成本低，采用成熟和低成本的FPCB和镜面制造工艺(仅切割金属涂层薄片)；更可靠，无轴承和润滑要求。附图说明图1为本专利技术一种实施例公开的用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜的结构示意图；图2为本专利技术一种实施例公开的在旋转角θ和加载电压V下两个电磁铁与永磁盘之间的转矩Te的仿真；图3为本专利技术一种实施例公开的FPCB微镜谐振模态的仿真图；图4为本专利技术一种实施例公开的仿真和测试FPCB微镜的静态性能图；图5为本专利技术一种实施例公开的FPCB微镜动态旋转的测试结果图；图6a为本专利技术一种实施例公开的-1V～+1V的阶跃响应曲线图；图6b为本专利技术一种实施例公开的-5V～+5V的阶跃响应曲线图；图7为本专利技术一种实施例公开的疲劳测试结果图。图中：10、FPCB结构；11、中间座；12、扭转梁；13、圆形部件；14、FR4夹紧板；20、永磁盘；30、电磁铁；40、镜面。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术提供一种用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜，包括：FPCB结构，FPCB结构包括中间座和设置在中间座上的两个扭转梁；镜面，镜面安装在中间座的上方；两个永磁盘，两个永磁盘安装在中间座的下方；两个电磁铁，两个电磁铁位于对应永磁盘的下方；一个电磁铁与一个永磁盘之间产生吸力，另一个电磁铁与另一个永磁盘之间产生斥力，通过吸力和斥力旋转镜面。本专利技术在FPCB结构下面布置两个移动永磁盘和两个外置电磁铁，因此这种形式在FPCB结构旁边不需要额外的永磁铁，能够减少在镜面外的整体宽度；本专利技术的FPCB结构上无移动线圈，不产生洛伦兹力；因此，扭转梁可有纯聚酰亚胺制作，以获得更大的最大旋转角。对外置电磁铁柔性印刷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜，其特征在于，包括：/nFPCB结构，所述FPCB结构包括中间座和设置在所述中间座上的两个扭转梁；/n镜面，所述镜面安装在所述中间座的上方；/n两个永磁盘，两个所述永磁盘安装在所述中间座的下方；/n两个电磁铁，两个所述电磁铁位于对应所述永磁盘的下方；一个所述电磁铁与一个所述永磁盘之间产生吸力，另一个所述电磁铁与另一个所述永磁盘之间产生斥力，通过所述吸力和斥力旋转所述镜面。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于大角度激光扫描的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜，其特征在于，包括：
FPCB结构，所述FPCB结构包括中间座和设置在所述中间座上的两个扭转梁；
镜面，所述镜面安装在所述中间座的上方；
两个永磁盘，两个所述永磁盘安装在所述中间座的下方；
两个电磁铁，两个所述电磁铁位于对应所述永磁盘的下方；一个所述电磁铁与一个所述永磁盘之间产生吸力，另一个所述电磁铁与另一个所述永磁盘之间产生斥力，通过所述吸力和斥力旋转所述镜面。


2.如权利要求1所述的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜，其特征在于，所述FPCB结构的基板材料为聚酰亚胺，两个所述扭转梁同轴设置。


3.如权利要求1或2所述的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜，其特征在于，两个所述扭转梁的两端通过夹紧板固定在机械支架上。


4.如权利要求3所述的外置电磁铁柔性印刷电路板微镜，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺思源，
申请(专利权)人：贺思源，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA